深圳新聞網(wǎng)2026年4月10日訊（記者 何亞南）近日，記者從南方科技大學(xué)獲悉，南方科技大學(xué)量子功能材料全國重點實驗室和物理系、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心、清華大學(xué)薛其坤-陳卓昱團隊，與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)沈大偉團隊等合作，在常壓鎳基高溫超導(dǎo)領(lǐng)域再獲突破。

團隊于2026年4月8日在國際學(xué)術(shù)期刊Nature發(fā)表最新研究成果，在極端氧化條件下通過人工設(shè)計原子堆疊序列，創(chuàng)制出單層－雙層超結(jié)構(gòu)和雙層－三層超結(jié)構(gòu)兩種全新常壓高溫超導(dǎo)體；與此同時，研究團隊還結(jié)合角分辨光電子能譜（ARPES），識別出了超導(dǎo)態(tài)對應(yīng)的電子能帶結(jié)構(gòu)，為破解高溫超導(dǎo)機理提供了關(guān)鍵實驗依據(jù)。此前，該團隊在國產(chǎn)學(xué)術(shù)期刊National Science Review上報道，已將純雙層結(jié)構(gòu)薄膜的常壓超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度大幅提升至60K以上。

上述成果是在2024年末同一團隊發(fā)現(xiàn)并確立常壓鎳基高溫超導(dǎo)電性（2025年發(fā)表于Nature）的基礎(chǔ)上取得的重要進展。從實現(xiàn)常壓鎳基高溫超導(dǎo)，到提升超導(dǎo)性能，再到人工創(chuàng)制全新超導(dǎo)材料并揭示其電子結(jié)構(gòu)起源，這一系列突破彰顯了自主研發(fā)的“強氧化原子逐層外延”（GAE，2025年發(fā)表于National Science Review）薄膜生長技術(shù)在新型量子材料創(chuàng)制領(lǐng)域的國際引領(lǐng)地位，也體現(xiàn)了我國在高溫超導(dǎo)這一前沿科研方向上的持續(xù)自主創(chuàng)新能力。

像“搭積木”一樣在原子層面設(shè)計并構(gòu)造全新超導(dǎo)體

高溫超導(dǎo)是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的研究前沿之一。繼銅基和鐵基高溫超導(dǎo)體之后，鎳基材料被認(rèn)為是有希望揭示高溫超導(dǎo)機理的第三類體系。然而，鎳基超導(dǎo)材料的合成與控制面臨一個根本性的矛盾：實現(xiàn)超導(dǎo)所必需的高度氧化狀態(tài)，與實現(xiàn)晶格穩(wěn)定生長之間存在熱力學(xué)沖突。這就好比要同時燒制瓷器的瓷胎和釉面——瓷胎成型需要溫和穩(wěn)定的環(huán)境，釉面顯色則需要猛火強氧，兩道工序的條件針鋒相對，傳統(tǒng)方法很難兼顧。

研究團隊自主研發(fā)的“強氧化原子逐層外延”（GAE）技術(shù)，巧妙地破解了這一難題。該技術(shù)營造出超強的氧化氛圍，開辟出一個極端非平衡的生長區(qū)間，使薄膜在生長過程中一步完成結(jié)構(gòu)構(gòu)建與充分氧化。這如同在納米世界中，一邊逐層搭建“原子積木”，一邊實時鎖定每一層的化學(xué)狀態(tài)，按照人工設(shè)計的藍圖，精確排列鑭、鐠、鎳等原子，從而構(gòu)建出從純雙層到復(fù)雜超結(jié)構(gòu)等一系列晶體質(zhì)量趨于完美的超導(dǎo)薄膜。這種在超強氧化條件下的原子級工程能力，代表了氧化物薄膜外延生長領(lǐng)域的技術(shù)跨越，不僅為鎳基超導(dǎo)研究提供了獨一無二的實驗平臺，也為破解各類氧化物材料的缺氧難題提供了全新的解決思路。

憑借這一技術(shù)，研究團隊先是將去年發(fā)現(xiàn)的純雙層結(jié)構(gòu)（簡稱2222）超導(dǎo)薄膜的常壓超導(dǎo)起始溫度從此前的約45K推升至63K，零電阻溫度和抗磁性亦均大幅提升；又按照人工設(shè)計的原子堆疊藍圖，精確合成出單層－雙層超結(jié)構(gòu)（簡稱1212）、單層－三層超結(jié)構(gòu)（簡稱1313）和雙層－三層超結(jié)構(gòu)（簡稱2323）三種全新的鎳基超結(jié)構(gòu)材料，并發(fā)現(xiàn)1212和2323在常壓下可實現(xiàn)高溫超導(dǎo)，起始轉(zhuǎn)變溫度分別達到50K和46K，均突破了傳統(tǒng)超導(dǎo)理論中的“麥克米蘭極限”，而1313僅呈現(xiàn)金屬性。從提升已知材料的超導(dǎo)溫度，到創(chuàng)制自然界中不存在的全新超導(dǎo)體，這一步步跨越充分體現(xiàn)了GAE技術(shù)在超強氧化氛圍下對材料進行原子級精度操控的卓越能力。

“看清”超導(dǎo)電子的能量動量結(jié)構(gòu)，為破解高溫超導(dǎo)難題提供關(guān)鍵鑰匙

發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)體只是第一步，理解超導(dǎo)從何而來才是核心目標(biāo)。研究團隊將原子級精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)控制與角分辨光電子能譜（ARPES）相結(jié)合，對四種不同堆疊結(jié)構(gòu)1212、2222、1313和2323的鎳基氧化物薄膜進行了系統(tǒng)的比較研究。

ARPES好比一臺能夠“拍攝”材料內(nèi)部電子運動狀態(tài)的超級相機，可以直接觀測電子的能量－動量狀態(tài)分布。研究發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)的1212、2222和2323結(jié)構(gòu)中，布里淵區(qū)頂角附近均存在一個被稱為γ能帶形成的費米口袋；而在不超導(dǎo)的1313結(jié)構(gòu)中，這一γ能帶則未能形成費米口袋。這一發(fā)現(xiàn)從實驗上表明了原子堆疊構(gòu)型、電子能帶與超導(dǎo)電性之間的關(guān)聯(lián)，識別出了決定超導(dǎo)發(fā)生與否的“電子基因”，為揭示鎳基高溫超導(dǎo)的微觀機制提供了明確的實驗證據(jù)。

四種鎳基超結(jié)構(gòu)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)（上）、電輸運性質(zhì)（中）和費米面拓?fù)洌ㄏ拢?/p>

從自主研發(fā)極端條件下的薄膜生長技術(shù)，到創(chuàng)制自然界不存在的全新超導(dǎo)材料，再到利用先進譜學(xué)手段揭示超導(dǎo)態(tài)的電子結(jié)構(gòu)起源——這一系列成果展現(xiàn)了一條從技術(shù)突破、材料創(chuàng)制到物理機理探索的完整創(chuàng)新鏈條。鎳基超導(dǎo)體與銅基、鐵基超導(dǎo)體具有不同的電子結(jié)構(gòu)特征，三者的對比研究將為最終破解高溫超導(dǎo)這一世紀(jì)難題提供關(guān)鍵鑰匙，也將為能源、信息、量子計算等領(lǐng)域的未來技術(shù)變革奠定科學(xué)基石。

本研究第一完成單位為南方科技大學(xué)量子功能材料全國重點實驗室與物理系。南科大碩士生聶子豪、研究助理教授李月瑩、博士生呂威、博士生徐立智，以及中科大博士后江志誠為本文共同第一作者。中科大沈大偉教授、量子中心李鵬助理研究員、薛其坤院士、南科大副教授/量子中心雙聘研究員陳卓昱為共同通訊作者。文章作者還包括賈金鋒院士，以及南科大教授/量子中心雙聘研究員林君浩。

（本文由南科大供圖）